DE2215263A1

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Info

Publication number: DE2215263A1
Application number: DE19722215263
Authority: DE
Inventors: S E Friberg; K Roberts
Original assignee: Arbman Development AB
Current assignee: Arbman Development AB
Priority date: 1971-03-30
Filing date: 1972-03-29
Publication date: 1972-10-12
Also published as: US4234437A; GB1391285A; DE2215263C2; SE376722B

Description

Die Erfindung betrifft eine Suspension fester Teilchen in einer Flüssigkeit, wie Wasser. Ein Gebiet, auf dem die Erfindung angewendet werden kann, ist die Herstellung sanitärer Gegenstände, wie von Handwaschbecken und WC-Becken. Diese werden hergestellt, indem man eine Tonsuspension in eine Form mit porösen Wänden einfährt. Wasser wird von den Wänden absorbiert, und der Ton bildet dabei auf den Wänden eine abgelagerte Schicht, wonach der . Tongecjenstand getrocknet und gebrannt wird. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Papierindustrie, wo Kaolin oder ein anderes

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Bank: Dresdner IS.ink AG. Wiesbaden. Konto-Nf. 276 UÜ7

Material kleiner Teilchengröße zu der Pulpe oder dem Papierbogen als Füllstoff oder überzug zugesetzt wird, um ein Papier,

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glatter Oberfläche zu ergeben. Ein anderes Anwendungsgebiet ist die Farbenindustrie, wo bestimmte Farben Farbpigmente und Kunststoff teilchen in einer Wasserphase suspendiert enthalten. Ein anderes mögliches Anwendungsgebiet ist die Herstellung sogenannter magnetischer Flüssigkeiten, d.h. von Flüssigkeiten, die kleine magnetische Teilchen enthalten und die sich so verhalten, als seien sie homogen und magnetisch.

Eine Aufgabe der Erfindung besteht darin, eine Suspension mit hoher Stabilität zu bekommen, d.h. die festen Teilchen sollten eine niedrige Sedimentationsgeschwindigkeit besitzen. Ein anderer Zweck der Erfindung ist der, eine stabile Suspension zu erhalten, die leicht in einen instabilen Zustand mit hoher Sedimentationsgeschwindigkeit der Feststoffteilchen umgewandelt werden kann. Die Umwandlung von dem stabilen in den instabilen Zustand sollte vorzugsweise reversibel sein, so daß man mit kleinen Veränderungen der Zusammensetzung der Suspension mehrmals zwischen dem stabilen und dem instabilen Sustand hin und her wechseln kann.

Nach der Erfindung wurde nun festgestellt, daß man Suspensionen sehr guter Stabilität gewinnen kann, wenn eine flüssige kristalline Phase als Stabilisierungsmittel verwendet wird. Der sogenannte flüssige Kristall ist bereits bekannt. Siehe beispielsweise L. Mandell und P. Ekwall: Acta Polytechnica Scandinavica Ch 74 I (1968) oder L. Mandell, K. Fonteil, H. Lehtinen und P. Ekwall: Acta Polytechnica Scandivanica Ch 74 II (1968) oder

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K. Fontell, L. Mandell, H. Lehtinen und P. Ekwall: Acta PoIytechnica Scandinavica CH 74 III (1963) .

Eine Suspension nach der vorliegenden Erfindung ist folglich dadurch gekennzeichnet, daß sie eine flüssige kristalline Phase als Stabilisierungsmittel enthält. In einer wäßrigen Suspension sollte das Stabilisierungsmittel vorzugsweise ein Gemisch einer oberflächenaktiven Substanz und einer amphiphilen Substanz mit einer Kohlenwasserstoffkette von wenigstens 5 Kohlenstoffatomen enthalten, und das Verhältnis zwischen Wasser, der oberflächenaktiven Substanz und der amphiphilen Substanz sollte derart sein, daß sich eine flüssige kristalline Phase bildet. Eine amphiphile Substanz ist durch eine Struktur gekennzeichnet, die eine hydrophobe Gruppe enthält, welche in Wasser unlöslich ist (gewöhnlich eine .Kohlenwasserstoffkette) und zwar zusammen mit einer hydrophilen Gruppe, deren Wechselwirkung mit Wasser über die Wasserstoffbindung und polare Wechselwirkung stark ist. Sollte die Wechselwirkung der hydrophilen Gruppe mit Wasser so stark sein, daß das ganze Molekül löslich ist, spricht man von einer oberflächenaktiven Substanz.

Die Stabilität der Suspension hängt auch von der Größe und Dichte der Feststoffteilchen ab. Relativ schwere Teilchen, wie Tonteilchen, können in einer stabilen Suspension mit Teilchen einer Größe bis zu wenigen Micron gehalten werden. Für Tonsuspensionen ist eine Teilchenc?röße von maximal 1 ,u bevorzugt. Ein Material mit einer Dichte, die sich der von Wasser nähert, wie beispiels-V7eise ein Kunststoff, kann in einer stabilen Suspension mit Teilchen etwas größerer Teilchengröße gehalten werden, wie beispiels-

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weise mit einer solchen von 50 ,u und vielleicht sogar bis zu 100,u.

Das verwendete oberflächenaktive Mittel kann anionisch sein, wie beispielsweise eine normale wasserlösliche Metallseife. Es kann stattdessen auch aus einem kationaktiven oder einem nicht ionenaktiven Mittel bestehen. Die verwendete amphiphile Substanz kann beispielsweise eine Carbonsäure, ein Alkohol, ein Monoglycerid, ein Phosphatit, ein Aldehyd oder Alkylglycoläther mit weniger als drei Äthergruppen sein. Die Kohlenwasserstoffkette kann gerade oder verzweigt, gesättigt oder ungesättigt sein und sollte wenigstens 5 und vorzugsweise nicht mehr als 25 Kohlenstoffatome enthalten. Bevorzugte wäßrige Gemische, die in den Suspensionen nach der Erfindung verwendet werden, sind folgende:

Wasser + Natriumlaurylsulfat + Decanol
Wasser + Natriumlaurylsulfat + Octanol
Wasser + Natriumcaprylat + Octanol
Wasser + Natriumcaprylat + Decanol
Wasser + Natriumcaprylat + Octylamin
Wasser + Berol EMü-09 + Benzol
Wasser + Berol EMU-09 + Hexan

Die Mengenverhältnisse, in denen die Komponenten miteinander vermischtwerden sollen, um eine flüssige kristalline Phase zu bilden, sind dem Fachmann bekannt. Unter Bezugnahme auf die Zeichnung werden einige Beispiele hierfür gegeben. Fig I zeigt ein ternäres Diagramm, das eine Ausführungsform nach der Erfindung erläutert. Fig. 2 zeigt einen Teil des Diagramms der Fig. 1 in vergrößertem Maßstab. Fig. 3 zeigt ein ternäres Diagramm und erläutert eine andere Ausführungsform der Erfindung.

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In dem ternären Diagramm der Pig. 1 und 2 bedeutet X Wasser, Y Caprylsäure und Z Natriumcaprylat. In dem Diagramm besteht jede der stark schraffierten Zonen B, C,- D-, E.und F aus einer flüssigen kristallinen Phase. In der schwach schraffierten Zone . existieren flüssige kristalline Phasen zusammen mit wäßrigen Phasen. Der gesamte schraffierte Bereich ist brauchbar für die Erfindung. Die rechte Grenze 9 des schraffierten Bereiches wurde nicht exakt festgestellt. Die in Fig. 1 dargestellte Grenze 9 entspricht einer Zusammensetzung, die etwa 50 % Natriumcaprylat enthält. Eine Zusammensetzung mit einem so hohen Prozentsatz an Natriumcaprylat hat eine extrem hohe Viskosität. Daher ist bevorzugt, solche Zusammensetzungen zu verwenden, die einen niedrigeren Prozentsatz an Natriumcaprylat besitzen. Tatsächlich wird gewöhnlich bevorzugt, Zusammensetzungen zu benutzen, die mehr als 50 % Wasser enthalten, und für die meisten Zwecke ist es bevorzugt, Zusammensetzungen zu verwenden, die mehr als.80 % Wasser enthalten. Die Zonen L₁ und L₂ bedeuten Mizell-Lösungen, die keine flüssigen kristallinen Phasen sind. Es wurde gefunden,daß eine Zusammensetzung in der schraffierten Zone nicht nur zu ei,ner erhöhten Suspensionsstabilität, sondern auch zu einer niedrigeren Viskosität der Suspension führt. * . _t

Außerdem wurde gefunden, daß die Eigenschaften-der Suspension an den Grenzen jener Zonen, wo man eine flüssige kristalline Phase erhält, drastisch verändert werden. Dies bedeutet, daß man eine stabile Suspension erhalten kann, indem man eine Zusammensetzung gerade innerhalb der Grenze auswählt, und daß man die Suspension durch einen sehr kleinen Zusatz einer der Komponenten,

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aus der das Stabilisierungsmittel besteht, in einen instabilen •Zustand bringen kann, d.h. indem man nur so wenig zusetzt, daß die Zusammensetzung gerade außerhalb der Grenze fällt. In diesem instabilen Zustand können die festen Teilchen leicht von der flüssigen Phase abgetrennt werden.Nur kleine Mengen des oberflächenaktiven Mittels und der amphiphilen Substanz haften dann fest an den festenTeilchen.

Andererseits kann eine instabile Suspension, in der die Zusammensetzung des stabilisierenden Mediums gerade außerhalb der Grenze für eine Fläche liegt, wo eine flüssige kristalline Phase gebildet wird, durch einen geeigneten Zusatz in einen stabilen Zustand gebracht werden, wobei dieser Zusatz ausreichend klein ist, so daß die Zusainensetzung gerade innerhalb der Grenze fällt.

Die Bereiche 1 bis 7 in Fig. 2 bedeuten Zusammensetzungen, die drei Phasen enthalten. Der Punkt 8 in Fig. 1 bedeutet die Zusammensetzung Y · 2Z.

In dem ternären Diagramm der Fig. 3 bedeutet X Wasser, Y p-Xylol und Z einen Alkylglycoläther, der von der schwedischen Firma Berol unter der Handelsbezeichnung EMU-09 vertrieben wird. Die stark schraffierten Zonen B, D und E bestehen aus flüssigen kristallinen Phasen, und die leicht schraffierten Zonen enthalten flüssige kristalline Phasen. Alle schraffierten Zonen sind brauchbar für die Erfindung. Die durch Fig. 3 repräsentierten Gemische sind besonders brauchbar für die Herstellung magnetischer Flüssigkeiten. Für magnetische Flüssigkeiten wird die Verwendung eines magnetischen Materials, wie Fe₃O₄, in einer Menge

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von 300 bis 450 g/l bevorzugt. Es wurde gefunden, daß es möglich ist_r eine Suspension herzustellen, die Fe^O^ in einer Menge von bis zu 500 g/l enthält. '

Beispiele

1. Eine Suspension wird hergestellt, indem man 1 g Kaolin mit 94,5 g Wasser schüttelt. Nach dem Schütteln der Suspension wird der pH-Wert durch Zugabe einiger Tropfen von 0,1m Natriumhydroxid auf 7 eingestellt. Die Suspension ist instabil und setzt sich innerhalb weniger Minuten ab. Zugabe von 4,5 g Natriumcaprylat ergibt keinen feststellbaren Unterschied in der Stabilität der Suspension.

Wenn 1 g Caprylsäure unter Schütteln zugesetzt wird, bekommt man eine Suspension, die mehrere Tage stabil ist. Wenn die Säurezugabe auf 2 % erhöht wird, steigt die Stabilität etwas.

Ähnliche Veränderungen der Suspensionsstabilität beobachtet man, wenn Kunststoffkugeln einer Größe zwischen 5 und 50 Ai anstelle der Kaolinteilchen verwendet werden.

2. Auf ähnliche Weise wird 1 g Kaolin mit 91 g Wasser geschüttelt und der pH-Wert auf 7 eingestellt. Man erhält eine instabile Suspension. Die Suspension bleibt instabil, wenn 7 % Natriumcaprylat hier zugesetzt werden. Wenn anschließend 2 % Caprylsäure zugegeben werden und das Gemisch geschüttelt wird, erhält man eine stabile Suspension.

3.1g Kaolin wird zu 61 g Wasser bei pH-Wert 7 zugesetzt, und 30 g Natriumcaprylat werden zugegeben. Man erhält eine in.stablle Sus-

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pension. Nun werden 9 g Caprylsäure zugesetzt, und das Gemisch wird geschüttelt. Man erhält jetzt eine stabile Suspension.

4. 40 g Kaolin werden zu 91 g Wasser zugesetzt, der pH-Wert wird auf 7 eingestellt und die Suspension geschüttelt. Diese Suspension besitzt eine sehr hohe Viskosität. Nun werden 4,5 g Natriumcaprylat zugesetzt, was zu einer Verminderung der Viskosität der. Suspension führt. 1 % Caprylsäure wird nun zu der Suspension zugegeben. Man erhält jetzt eine weitere Verminderung der Viskosität auf etwa 1/4 derjenigen, die man nach der Zugabe von Natriumcaprylat erhielt. '

5. Flüssige Gemische wurden durch Vermischen von p-Xylol mit EMU-09 und Wasser in folgenden Gewichtsverhältnissen hergestellt:

p-Xylol EMU-09 Wasser

70 18 12

75 15 10

80 12 8

Fe₃O₄ mit einer Teilchengröße von 1 bis 5 ,u wurde zu diesen drei Gemischen in einer Menge von 100 g/l zugesetzt. Die Suspensionen wurden in einer Kolloidmühle 15 Minuten gemahlen. Die resultierenden Suspensionen besaßen eine Teilchengröße von 0,1 bis 0,5 ,u, hatten eine extrem gute Stabilität und waren brauchbar als magnetische Flüssigkeiten.

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Claims

Patentansprüche .

1. Suspension fester Teilchen in einer Flüssigkeit, dadurch gekennzeichnet r daß die Flüssigkeit eine flüssige kristalline Phase als Stabilisierungsmittel enthält.

2. Suspension nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine wäßrige Flüssigkeit ist, die ein oberflächenaktives Mittel und eine amphiphile Substanz mit einer Kohlenwasserstoffkette von wenigstens 5 Kohlenstoffatomen enthält, wobei das Verhältnis von VJassser, oberflächenaktiver Substanz und amphiphiler Substanz derart ist, daß sich eine flüssige kristalline Phase bildet.

3. Suspension nach Anspruch 1 und 2, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit eine wäßrige Flüssigkeit ist, die mehr als 50 und vorzugsweise mehr als 80 Gewichts-% Wasser enthält.

4. Suspension' nach Anspruch 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß sie als feste Teilchen ein magnetisches Material, wie E^Og, mit einer Teilchengröße von weniger als 1/U enthält.

5. Suspension nach Anspruch 4, dadurch gekennzeichnet, daß sie magnetische Teilchen in einer Menge von 300 bis 450 g/l der Suspension enthält.

6. Suspension nach Anspruch 4 oder 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Flüssigkeit p-Xylol, einen Alkylglycoläther vom Typ Berol EMU-09 und Wasser in solchen Mengen enthält, daß sich eine flüssige kristalline Phase bildet.

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7. Verfahren zur Herstellung einer Suspension nach Anspruch 4 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß man ein magnetisches Material mit einer Teilchengröße von etwa 1 ,u mit den übrigen Materialien unter Bildung der flüssigen kristallinen Phase vermischt und das Gemisch in einer Kolloidmühle bis zu einer mittleren Teilchengröße des magnetischen Materials unterhalb 1 ,xx mahlt.

8. Verwendung einer flüssigen kristallinen Phase als Stabilisierungsmittel zur Herstellung einer stabilen Suspension von Feststoffteilchen in einer Flüssigkeit.

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